（农产品加工及贮藏工程专业论文）超临界CO2萃取红松籽油的研究.pdf

摘要 摘要 红松籽营养丰富，其中红松籽油占6 0 左右。本论文研究超临界c 0 2 萃取低酸值、 低过氧化值的红松籽油，并通过使用央带剂提高萃取的效率。添加抗氧化剂降低红松籽 油的氧化速率，确定分析时间短，柱效高的脂肪酸气相色谱分析条件。采用尿素包合法 对红松籽油中的多不饱和脂肪酸进行富集研究，确定富集松油酸的最佳工艺条件并探索 富集多不饱和脂肪酸的规律。 通过正交试验确定萃取压力、夹带剂、萃取温度和萃取时间的影响次序和萃取的最 优条件。萃取温度为4 5 时，在1 5 m p a 和3 5 m p a 下，对比加入5 无水乙醇作夹带剂 与不使用夹带剂时超临界c 0 2 萃取过程中提取速率和出油率的变化。测定分析超临界 c 0 2 萃取红松籽油的理化指标，通过气相色谱检测，采用面积归一化法分析红松籽油 脂肪酸组成。以过氧化值作为稳定性的评价指标，采用s c h a a l 烘箱法研究特丁基对苯二 酚、没食子酸丙酯及复合抗氧化剂( 生姜提取物和柠檬酸) 的抗氧化性能。分别以尿素用 量、乙醇用量、包合温度和包合时间为可变因素，研究红松籽油中多不饱和脂肪酸的富 集效果并确定富集松油酸的最佳工艺条件。研究实验所得富集松油酸的最佳工艺条件对 红松籽油和月见草油混合油脂的包合效果。 超临界c 0 2 萃取红松籽油的最佳工艺条件为3 5 m p a ，4 5 ，2 4 0 m i n 和5 无水乙 醇作夹带剂，c 0 2 流量2 0 - - - 2 5l h ，使用夹带剂后提取速率和出油率均有提高。红松籽 油的各项理化指标为酸值0 4 3 、碘值1 4 0 4 7 、皂化值1 9 7 4 1 及过氧化值1 3 0 。红松籽 油的脂肪酸组成为亚油酸4 7 4 6 、油酸2 8 1 4 、松油酸1 4 8 0 、豆蔻酸4 4 1 及软油 酸2 2 8 。抗氧化剂对红松籽油的抗氧化效果依次为t b h q 生姜提取物和柠檬酸 p g 。 尿素包合法富集红松籽油中的松油酸的最佳工艺条件为，脂肪酸：尿素：乙醇为l ：3 5 ：8 ， 包合温度5 。c ，包合时间1 0 h 。多不饱和脂肪酸得率为1 1 6 9 ，松油酸含量从1 4 8 0 提 高到8 5 9 2 。富集松油酸的最佳工艺条件适用于碳原子数、不饱和程度和碳链弯曲程 度均低于松油酸的脂肪酸( 气相色谱图中在松油酸之前出峰) 的包合。 关键词：超临界c 0 2 萃取；红松籽油；夹带剂；尿素包合；松油酸 a b s t r a c t a b s t r a c t k o r e a np i n en u ti sr i c hi nn u t r i t i o n 、 ，i t ho i lc o n t e n tu pt o6 0p e r e e m i nt h i sp a p e r ，t o o b t a i nk o r e a np i n en u to i lw i t hl o wa c i dv a l u ea n dl o wp e r o x i d ev a l u e ，k o r e a np i n en u tw a s e x t r a c t e db ys u p e r c r i t i c a lc a r b o nd i o x i d e t h ee x t r a c t i o nw a so p t i m i z e db yt h em o d i f i e rt o d e v e l o pt h ee f f i c i e n c y ，a n da n t i o x i d a n t sw e r ea d d e dt os l o wd o w no x i d a t i o n g ca n a l y s i s m e t h o d 嘶t hh i g hc o l u m ne f f i c i e n c yw a sd e t e r m i n e d p u f a sw e r ee n r i c h e db yu r e ai n c l u d i n g ， t h eo p t i m u mp a r a m e t e ro ft h ec r a f tw a sd e t e r m i n e da n dt h er u l eo ft h ee n r i c h m e n tw a s s t u d i e d t h ef a c t o r sa f f e c t i n ge x t r a c t i o ny i e l di n c l u d i n ge x t r a c t i n gp r e s s u r e ，m o d i f i e r ，e x t r a c t i n g t e m p e r a t u r e ，a n de x t r a c t i n gt i m e u n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s ( 15 m p aa n d35 m p a , 4 5 ) ， e x t r a c t i o nr a t ea n de x t r a c t i o nr a t i oo fk o r e a np i n en u to i lw a sc o m p a r e dt od e t e r m i n ew h e t h e r t ou s et h em o d i f i e r t h ep h y s i c o c h e m i c a li n d e x e so fk o r e a np i n en u to i lw e r ed e t e r m i n e d t h ep o vw a su s e dt oe v a l u a t et h es t a b i l i t yo fp i n en u to i l a n t i o x i d a n tp r o p e r t i e so ft b h q ， p ga n dm i x e da n t i o x i d a n t s ( z i n g i b e re x t r a c t i v ea n dc i t r i ca c i d ) w e r er e s p e c t i v e l ye v a l u a t e d i np i n en u to i lb ys c h a a l - o v e nm e t h o d t h eu r e aa d d i t i o n , a l c o h o la d d i t i o n , t h et i m ea n dt h e t e m p e r a t u r eo fc l a t h r a t i o nw e r et h ef o u rp a r a m e t e r st oi n v e s t i g a t e t h eo p t i m u mp a r a m e t e r s o fe n r i c h i n gp i n o l e n i ca c i df r o mk o r e a np i n en u to i lw e r ed e t e r m i n e da n ds t u d i e di nt h e m i x i n go p e r a t i o no fk o r e a np i n en u to i la n de v e n i n gp r i m r o s eo i l t h eo p t i m u mp a r a m e t e r so fe x t r a c t i n go i lf r o mk o r e a np i n en u tw e r e3 5 m p a , 4 5 ， 2 4 0 m i n , 5 f r e e - w a t e rc 2 h 5 0 ha sm o d i f i e r t h er a t eo fc 0 2f l o ww a s2 0 2 5m 1 m o d i f i e r c a ni m p r o v ee x t r a c t i n ge f f i c i e n c y t h ei n d e x e so ft h ek o r e a np i n en u to i lw e r e 鹤f o l l o w s ， a c i dv a l u eo f0 4 3 ，i o d i n ev a l u eo f1 4 0 4 7 ，s a p o n i f i c a t i o nv a l u eo f1 9 7 4 1a n dp e r o x i d ev a l u e o f1 3 0 k o r e a np i n en u to i le x t r a c t e dc o n t a i n e dl i n o l e i ca c i do f4 7 4 6 ，o l e i ca c i do f2 8 14 ， p i n o l e n i ca c i do f1 4 8 0 ，m y r i s t i c a c i do f4 4 1 a n ds o f to l e i ca c i do f2 2 8 i nt h e e x p e r i m e n to fa n t i o x i d a n te f f e c t ，t b h qw a sb e t t e rt h a nm i x e da n t i o x i d a n t sa n dm i x e d a n t i o x i d a n t sw e r eb e t t e rt h a np gi nu r e ai n c l u i n g ，t h eo p t i m u mr a t i oo ff a t t ya c i dt ou r e at o a l c o h o lw a s1 ：3 5 ：8 ，t h et e m p e r a t u r ea n dt h et i m eo f c l a t h r a t i o nw a s5 c ，1 0h o u r s t h ey i e l d o fp o l y u n s a t u r a t e df a t t ya c i dw a s11 6 9 ，a n dt h ec o n t e n to fp i n o l e n i ca c i dw a si m p r o v e d i i a b s t r a c t f r o m1 4 8 0 t o8 5 9 2 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mp a r a m e t e r so fe n r i c h i n g p i n o l e n i ca c i df r o mk o r e a np i n en u to i lc o u l db ec o n s i d e r e dt oi n c l u d ef a t t ya c i d sw h o s e c a r b o nn u m b e r s ，t h el e v e lo fu n s a t u r a t i o na n dt h eb e n to fc a r b o nc h a i nw e r el o w e rt h a n p i n o l e n i ca c i d ，a n dt h e s ef a t t ya c i d sa p p e a r e ds h o r t e rt h a np i n o l e n i ca c i di ng a s c h r o m a t o g r a m k e yw o r d s ：s u p e r c r i t i c a ic 0 2e x t r a c t i o n ：k o r e a np i n en u to ii ：m o d i f i e r ：u r e a i n c i u d i n g ：p i n o i e n i c0 il i i i 关于硕士学位论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解大连工业大学有关保留、使用学位论文的规 定，大连工业大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有 关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 y 是否保密( ) ，保密期至 年月日为止。 学生签名：导师签名： 7 魂年争月声日 第一章前言 第一章前言 我国食用松籽已有三千多年的历史，自唐代以来松籽就成为人们喜爱的小食品，宋 代人们把松籽视为延年益寿的“长生果。本草纲目记载，“松仁性温，味甘，无毒， 主治关节风湿，头眩，润五脏，逐风痹寒气，补体虚，滋润皮肤，久服轻身不老。”本 草经疏中指出，“松仁味甘，补血，血气充足，则五脏自润，发黑不饥故能延年， 轻身不老。 另在太平广记、日华本草、开宝本草中都有关于食松籽能美容、 长寿、抗衰老的记载【1 1 。随着国际贸易的发展，松籽系列产品出口量逐年增长，松仁以 其个大、饱满白嫩、入口清香，具有防止血脂沉积、降低胆固醇、减肥等作用且富含营 养而享誉世界1 2 。 1 1 松籽及松籽油 1 1 1 松籽 松籽为松树的种子，具有较高的营养价值。松籽中含油丰富，其油具有独特的芳香 气味，且理化性质好，营养性能佳，是一种尚待开发利用且极具潜力的资源【l 】。松仁为 松属( p i n u sl ) 多种植物成熟种子去皮后所得到的种仁的统称。松属植物广泛分布在 北半球温带至寒带地区，是各地用材、造纸、松脂和油料的主要原料，自然分布广泛， 资源较为丰富。在目前松籽商品中，以种仁大、产量大的红松( p i n u sk o r a i e n s i s ) 、华 山松( p a r m a n d i ) 、西伯利亚红松( p s i b i r i c a ) 和瑞士五针松( p c e m b r a ) 等种的种 仁为主，其中又以红松籽最为著名1 3 】。 红松，又名红皮松、果松、海松及油松，分布于中国、朝鲜、日本及俄罗斯，主要 产区在我国黑龙江和大、小兴安岭及吉林东北部，属珍稀植物。其种仁油中含有多种极 具开发价值的生理活性物质，如维生素a 、维生素e 以及人体必需的多种不饱和脂肪酸、 磷脂、甾醇、多糖、黄酮等，可食用或用于功能性食品，倍受历代医家、营养学家的推 崇。红松籽中含有5 3 6 8 的油脂，其中的9 3 为油酸、亚油酸和亚麻酸等不饱和脂 肪酸，并且含有钙、磷。其性温味甘，具有养阴、熄风、润肺和滑肠等功效，能治疗风 痹、头眩、燥咳、吐血、风湿性关节炎和便秘等病，健康人食之可滋补强身，减少疾病， 第一章前言 抗衰老 4 1 。本文对东= l e r 松籽原料产地采收的成熟期新鲜红松籽进行研究。 1 1 2 松籽油的营养价值与市场价值 松籽油含有多种脂肪酸，特别是含有大量的不饱和脂肪酸，尤以人体所必需的亚油 酸含量最高，高达6 3 。亚油酸为人体所必需的两种脂肪酸之一，人体不能自身合成而 又不可缺少。松籽油对人体有着多种生理功能，目前引起人们极大关注的是其降血脂作 用。胆固醇只有与亚油酸结合才能在人体内运转，这样胆固醇就不易在动脉管壁上积集 沉淀物，从而起到预防动脉硬化、高胆固醇血症和高血脂症的作用。多不饱和脂肪酸还 能减少血小板的凝集和增加抗凝作用，故能降低血脂和血液黏稠度，预防血栓形成，对 心血管系统有保护作用【5 j 。因此，老年人常食松籽，能防止因胆固醇增高而引起的心血 管疾病【6 1 。 红松籽油取之于自然界红松树种子，是一种天然无环境污染的绿色木本植物油脂， 含有丰富的不饱和脂肪酸，不但含有大量的亚油酸，而且其中亚麻酸含量也尤为丰富， 是人体必需的且具有重要医疗保健作用的不饱和脂肪酸【1 】，在自然界是天然无污染产品， 有待于人们开发利用。其不但能增加食用油品种，调节人们食品营养结构，而且还能提 高经济效益，因此，红松籽油开发前景广阔。 目前，国外市场上有关松籽油的产品有松籽油胶囊、松籽油粉和松籽油饮料等。在 美国，松籽油被认为是一种能促进细胞分裂的保健食品，具有预防高血压、降低血脂和 血糖、抑制过敏反应等功效。在西伯利亚远东地区，有用松籽油内服( 用来降血压，增 强免疫系统抵抗力等) 和外敷治疗皮肤紊乱疾病的传统1 7 1 。国内市场上的松籽油加工品 很少，常见的只是松籽加工品，如松籽乳、松籽风味饮料和松籽豆奶等。 从近些年全球松籽生产统计资料看，世界上商业松籽产量一直在5 5 万吨左右徘徊。 即便是在丰年，全世界生产的商业松籽也只有6 5 万吨左右，其中俄罗斯年产3 万吨( 红 松、西伯利亚红松) ，中国产2 万吨( 红松、华山松) ，朝鲜0 3 万吨( 红松) ，阿富汗和巴 基斯坦o 4 万吨( 喜马拉雅白皮松) ，西班牙、意大利、葡萄牙、土耳其产0 2 万吨左右( 意 大利石松等) 。若折合成松籽仁，全球在2 万吨左右。 我国是松籽生产大国，年产松籽在2 万吨左右( 折合成籽仁约为4 5 0 0 吨) ，主要为 红松和华山松种子，在世界上仅列俄罗斯之后，排在第二位【8 】。目前我国松籽加工产品 仅以开口笑松籽、松仁玉米等休闲食品为主，在松籽油的提取和利用其中的不饱和脂肪 酸开发营养及功能性食品上存在较大的空间【9 】。所以，研究利用超临界流体萃取技术提 2 第一章前言 取松籽油，并分析提取油脂中脂肪酸的组成，有其经济价值和社会意义。 1 1 3 松籽油的研究概况 目前我国对松籽油的报道较少，国内对松籽油的研究主要是简单的成分分析，也有 入对松籽油保健功效进行研究，如郭英等【l o 】就紫苏油、松籽油对大鼠机体脂类和脂质过 氧化的影响做了对比研究。在松籽油的超临界c 0 2 提取方面主要以提高出油率为目的， 王萍等【l l 】考察了萃取压力、萃取温度、萃取时间及物料破碎情况对油得率的影响。胡小 泓掣1 2 】采用超临界c 0 2 萃取技术从整粒松仁中萃取部分松籽油，研究了萃取压力、温度 和时间对出油率和整仁的影响。 在松籽油的脂肪酸分析方面，上官新晨等【1 3 】利用气相色谱分析了超声波法提取的华 山松籽油中多不饱和脂肪酸组成，发现华山松籽油主要含有1 6 种脂肪酸，含量最高的 是亚油酸占6 3 ，其次为油酸，占2 6 。慕鸿雁等【1 4 】利用气相色谱分析了冷榨法提取的 华山松籽油中多不饱和脂肪酸组成，发现华山松籽油单不饱和脂肪酸与多不饱和脂肪酸 含量接近9 0 ，其中含量最高的是亚油酸接近5 0 ，其次为油酸，占2 4 ，还发现具有 重要生理功能的丫亚麻酸含量高达1 5 7 9 。陈雅，孟德胜【l5 】建立的一种气相色谱法测 定丫亚麻酸含量的方法测得红松籽油的丫- 珥麻酸在2 0 以上。 荣会等【l6 】在对东北红松籽油的研究中发现一种新的亚麻酸异构体，既不同于g t 一亚 麻酸，也不同于, t - i l 亚麻酸，是一种新的十八碳三烯脂肪酸，称之为松油酸( p i n o l e n i ca c i d ) 。 松油酸的结构式如图1 1 。 0 c h 八八八一2 一洲 图1 - 1 松油酸结构式 f i g 1 - 1t h es t r u c t u r a lf o r m u l ao fp i n o l e n i ea c i d 松油酸的功效国内尚未见报道，根据国外文献，补充松油酸能将人肝癌细胞h e p g 2 细胞磷脂酰肌醇部分花生四烯酸的浓度从1 5 9 降到8 7 ，并且其可能成为研究磷脂酰 肌醇基源生物活性脂类功能的实验工具【17 1 。 1 2 油脂提取的方法 油脂提取的方法主要有超临界流体萃取法、水蒸汽蒸馏法、压榨法和浸出法等。其 3 第一章前言 中超临界流体萃取( s u p e r c r i t i c a lf l u i de x t r a c t i o n , s c f e ) 是一种较新型的萃取分离技术。 水蒸汽蒸馏法需要将原料加热，不适用于化学性质不稳定成分的提取；压榨法得率低； 有机溶剂萃取法在去除溶剂时会造成产品质量下降或有机溶剂残留；超临界流体萃取法 则有效地克服了传统分离方法的不足，它利用在临界温度以上的高压气体作为溶剂，分 离、萃取、精制有机成分1 9 。 1 2 1 压榨法 压榨法是靠机械外力的作用，将油脂挤压出来的提油方法。首先要对原料先进行干 燥，主要是脱除其中过多的水分，便于压榨前的储存，防止腐败。压榨法工艺虽然出油 率不如有机溶剂浸出法高，但由于不使用任何化学物质，不会含有任何残留溶剂，产品 安全、卫生、无污染【1 8 1 。 1 2 2 有机溶剂浸出法 浸出法应用固液萃取的原理，选用某种能够溶解油脂的有机溶剂，经过对原料的喷 淋和浸泡，使其中的油脂被萃取出来。把原料浸于溶剂中使油脂溶解在溶剂中形成混合 油，然后将杂质分离。利用溶剂与油脂沸点不同的性质，对混合油进行蒸发、汽提，使 溶剂汽化与油脂分离，从而获得浸出毛油。其优点是对油脂的溶解能力强，化学性质稳 定，对设备腐蚀性小，溶剂与水不互溶，沸点较低易回收，来源充足，分离法工艺原理 简单，操作方便，能够满足大规模工业化生产的需要。缺点是需回收大量的有机溶剂， 且分离效率不高，溶剂对产品有一定的影响，溶剂容易燃烧，其蒸汽与空气混合能形成 爆炸气体【18 1 9 1 。 1 2 3 水媒分离法 鉴于有机溶剂分离法的有机溶剂和动力消耗费用高，同时还需防爆设备的缺点。此 法先把脂肪酸混合物在刮板式交换器中冷却到形成脂肪酸晶体浆的温度，生成饱和脂肪 酸和不饱和脂肪酸的料浆，将此料浆与含烷基芳基磺酸盐类湿润剂的水溶液混合，再加 入硫酸镁一类的电解质水溶液，离心分离混合物，轻油组分含不饱和液态脂肪酸，较重 组分为饱和脂肪酸。分别加热轻、重两组分使脂肪酸与含湿润剂的水溶液分离，接着真 空干燥脂肪酸，即得硬脂酸和油酸【1 8 1 。 4 第一章前言 1 2 4 温控容器结晶法 温控容器结晶法分离的最根本原理是油脂化学品固化点的差别。本法先加热脂肪酸 以确保饱和物全部溶解，然后送入配有盘管和央套的带搅拌的结晶罐中，在低速搅拌下 慢慢降温。这种缓慢受控冷却与结晶潜热的释放同步以防止过冷。结晶浆料送入过滤器 中，微负压的条件下在不锈钢环带上进行水平过滤。在空调冷却环境下，第一过滤段得 到的油返回到硬脂精粗滤饼上预滤，这样可以改善滤液质量【1 8 】。 1 2 5 萃取结晶法 萃取结晶法结合了萃取和结晶两种分离方法的优点。首先把脂肪酸混合物，如( 月 桂酸和豆蔻酸的混合物) 注入萃取罐，萃取罐中装有乙醇水溶液，加热萃取罐中的部分 混溶液到萃取温度( t e = 3 3 3 k ) ，轻轻地搅拌混合物，速度很慢以防止发生乳化，把脂肪 酸从有机相中萃取到水中。结晶罐中的乙醇水溶液冷却到结晶温度( t c = 2 8 3 k ) ，当两个 罐的温度保持恒定3 h 后，把萃取罐水相中的脂肪酸连续地注入结晶罐中，轻轻地搅拌 混合物溶液，脂肪酸就在结晶罐中结晶析出，用尼龙过滤装置连续地从结晶罐的水相中 得到产品脂肪酸。本法可得到高纯度的单一脂肪酸，以乙醇水溶液为萃取剂【l 引。 1 2 6 超临界萃取法 流体处于临界压力和临界温度以上的状态称为超临界状态，相应的流体即为超临界 流体( s u p e r c r i t i c a lf l u i d ，s c f ) 。研究表明，s c f 既有与气体相当的高渗透能力和低的黏 度，又具有与液体相近的密度和对物质优良的溶解能力，其溶解能力随压力的增加而增 强，随温度的升高而减弱。超临界c 0 2 流体的高扩散性和流动性则有助于所溶解的各成 分彼此分离，达到萃取分离的目的，并能加速溶解平衡，提高萃取效率，超临界流体萃 取正是利用s c f 的这种特性来达到对物质进行分离的目蒯2 0 l 。 超临界流体萃取是一种较新型的萃取分离技术。与传统的溶剂萃取法相比，超临界 流体萃取具有纯度高、产品品质优良等特点，与水蒸气蒸馏法相比，超临界流体萃取还 具有后处理工序简单、无溶剂残留等优点。它操作温度低，能较完好地使萃取物的有效 成分不被破坏，不发生次生化；在高压、密闭、惰性环境中，选择性萃取分离天然物质 精华；萃取工艺简单，效率高且无污染【引。 超临界萃取技术在食品工业中的应用发展迅速，并已取得了稳固的地位。现在国内 外市场上已出现了由该技术制取具有高附加值的天然香料、色素和风味物质等高质量的 5 第一章前言 食品添加剂系列。我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化， 集中用在提取动植物油脂、色素、香料及食品脱臭方面【2 l 】。近年来对植物油脂的萃取研 究较多，g o p a l a n 【2 2 1 研究了用超临界c 0 2 从生姜中提取姜油，陈开勋等1 2 3 1 研究了用超临 界萃取茶籽油的最佳萃取条件，刘松义等i 矧研究小麦胚芽油的超临界c 0 2 提取等。 1 2 7 酶法 2 0 世纪7 0 年代，许多学者就提出酶法提取油脂方法。9 0 年代，随着生物技术迅速 发展，酶法提油工艺得到迅速发展，其主要特点是，油脂在温和条件下得以释放，与传 统方法相比，具有较好品质，且由于酶解在水相中进行，磷脂进入水相中，因而不需进 行脱胶，同时，将酶法提油与蛋白质综合利用相结合，不仅能快速实现酶法提油产业化， 且其蛋白制品也能普遍为大家所接受。 酶法提油工艺能耗明显低于传统方法，油脂品质优于传统工艺，但其大规模应用却 需要更加深入研究。首先酶法提油所用酶多数价格较贵，酶用量偏大，这就造成工业应 用成本增加，再者，酶法提油技术油水两相乳化严重，油脂分离所需设备复杂，工艺过 程欠稳定，酶法提油工艺还会产生大量废水，酶解液经超滤浓缩产生透过液中有大量地 分子量小肽和还原糖，其b o d 值较高，将其直接排放，势必会污染环境【2 5 1 。 1 3 油脂抗氧化剂 抗氧化剂是一类能延缓或减慢油脂氧化的物质，已报道的具有抗氧化活性的天然和 合成化合物有几百种。开发利用天然抗氧化剂已成为食品添加剂的一大热点，它们以其 天然、安全性高、防腐保鲜等特点日益受到重视。红松籽油中一些脂肪酸由于其含有三 个双键，易受氧、光、热等的作用而发生氧化变性，可通过在红松籽油中添加抗氧化剂 延长其货架期。 油脂发生氧化反应很重要的途径之一是在外界催化剂如热、光和金属离子等的作用 下首先引起脂类分子形成自由基( r ) ，自由基与氧反应生成过氧自由基( r o o ) ，过氧自 由基与脂类分子反应形成氢过氧化物和新的自由基，而引起链式反应。终止链式反应， 抑制油脂氧化，保持油脂新鲜度并延长货架期最有效的方法是采用抗氧化剂。传统使用 的抗氧化剂如：丁羟基茴香醚( b h a ) ，二丁基羟基甲苯( b h t ) 及特丁基对苯二酚( t b h q ) 等酚类物质对防止油脂氧化酸败有一定效果【2 引。 油脂抗氧化对于保证油脂及富含油脂食品的质量有非常重要的意义。在红松籽油中 6 第一章前言 添加抗氧化剂是为了增强其性质的稳定性，延长其储存时间，提高产品的被利用能力。 1 3 1 油脂的氧化机制 油脂的主要成分是各种脂肪酸和甘油酸，由于其中含有一些具有双键的不饱和脂肪 酸，所以在通常贮存条件下易吸收氧气发生氧化，特别是自动氧化，它是油脂最主要的 变质途径。自动氧化作用一般以较大的速率作分级自动催化的链反应【2 7 , 2 8 】，油脂的自动 氧化历程，首先要经过一个诱导期。油脂氧化初期是缓慢的，在这一过程中，从不饱和 脂肪酸的自由基反应开始，生成油脂氧化的第一级产物一过氧化物。诱导期后便是氧化 期，在这一阶段，生成第二级氧化产物一醇类和羧基化合物，并进一步分解为羧酸，最 终形成小分子挥发性物质，如醛、酮、酸、醇、环氧化物或聚合成聚合物，产生强烈的 刺激性气味，同时促进色素、香味物质和维生素等的氧化，导致油脂完全酸败。在氧化 期间可以观测到过氧化值、氧吸收和挥发性反应物显著增加，因此氧化期是油脂自动氧 化的剧烈期，表明油脂开始劣变，此时为诱导期的终点。油脂自动氧化由诱导期到氧化 期之间时间的长短，表明油脂抵抗自动氧化的能力，也就是油脂的氧化稳定性。诱导期 越长表明油脂的氧化稳定性越大，反之，油脂氧化稳定性越小。 1 3 2 油脂抗氧化剂的研究进展 油脂抗氧化剂的主要功能是防止或减慢油脂发生氧化作用，避免发生品质劣变【2 9 1 。 这些物质一般作为一种添加剂掺入油脂，使其先于油脂与氧气发生反应，从而有效防止 脂类物质的氧化【3 0 l 。抗氧化剂可分为化学合成抗氧化剂和天然抗氧化剂两大类。化学合 成抗氧化剂目前最经常使用的有叔丁基对羟基茴香醚、2 ，6 二叔丁基化羟基甲苯、没食 子酸丙酯和特丁基对苯二酚等酚类抗氧化剂【3 1 1 ，这些苯酚型结构化合物与游离自由基反 应能生成稳定低能量共振杂化合物，阻断油脂自动氧化链式反应机制，所以具有很强抗 氧化性制3 2 l 。被卫生部批准使用的天然抗氧化剂主要有维生素e ( 生育酚) 、茶多酚【3 3 l 、 去甲二氢愈创木酸m j 等。 1 4 多不饱和脂肪酸 1 4 1 多不饱和脂肪酸简介 脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物。根据脂肪酸分子结构中碳链的 7 第一章前言 长度分为短链脂肪酸( 碳链中碳原子少于6 个) ，中链脂肪酸( 碳链中碳原子6 - - - 1 2 个) 和长链脂肪酸( 碳链中碳原子超过1 2 个) 三类。一般食物所含的脂肪酸大多是长链脂 肪酸【3 5 1 。 根据碳链中碳原子问双键的数目又可将脂肪酸分为单不饱和脂肪酸，多不饱和脂肪 酸和饱和脂肪酸( 不含双键) 三类。多不饱和脂肪酸( p o l y u n s a t u r a t e d f a t t y a c i d s ，p u f a s ) 是指含有两个或更多个双键的长链脂肪酸。多不饱和脂肪酸主要分两类，一类是n 3 多 不饱和脂肪酸，是指从脂肪酸碳链甲基端算起，第一个双键出现在第3 位碳原子上的多 不饱和脂肪酸，主要包括0 【亚麻酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，它们同维生素和 矿物质一样是人体的必需品，不足则容易导致心脏和大脑等重要器官障碍；另一类是1 1 6 系多不饱和脂肪酸：是指从脂肪酸碳链甲基端算起，第一个双键出现在第6 位碳原子上 的多不饱和脂肪酸，包括亚油酸、丫亚麻酸和花生四烯酸，它是生长、生殖和保护皮肤 正常所必需的营养物质【3 6 】。 因其独特的生物活性，p u f a s 已经进入生物制药和营养保健品领域。在过去二十年 中，人们越来越多地意识到p u f a s 的缺乏与某些疾病有关【3 7 娜1 ，除了其潜在的制药应 用外，p u f a s 在食物源中的存在和公众对健康食品的重视，而使这些化合物引起消费者 的广泛关注1 3 9 1 。 1 4 2 多不饱和脂肪酸的功能 随着科学的发展，某些多不饱和脂肪酸对人体的作用进一步被认识，多不饱和脂肪 酸在人和动物体内都发挥着重要作用。多不饱和脂肪酸在功能上调节生物体的生命活 动，包括脂类代谢、心血管功能调节、血糖浓度调节、癌细胞调控、免疫调节、对视力 和脑的发育调控、骨质形成的调控等各个方面。人们可以在现有的基础上开发研究更合 理多不饱和脂肪酸资源以满足人类的健康需要【4 0 l 。 1 4 2 1 抗肿瘤 膳食中的n - 3 p u f a 在动物体内能抑制一种促进肿瘤增大的前列腺素的产生，因此 起到抑制肿瘤的作用j ，n - 3 p u f a 在肿瘤形成早期对肿瘤生长起抑制作用。以n 3 p u f a 和n 6 p u f a 不同比例的饲料喂养大鼠，观察对重氮丝氨酸诱发胰腺癌前病变不典型腺 泡细胞结节( a a c n ) 的影响时，发现n - 3 p u f a 和n - 6 p u f a 的比值升高，a a c n 的发生 率相应下降，表明n 3 p u f a 对胰腺癌同样有抑制作用【4 2 l 。e p a 能促进细胞释放胞内贮 存的c a 2 + 而抑制c a 2 + 流回细胞，激活了蛋白激酶，抑制真核生物的起始因子2 0 【，即抑 8 第一章前言 制了蛋白起始阶段的合成，减少了生长调控蛋白合成表达 4 3 1 。采用补充给药法研究 p u f a s 对磷脂酰肌醇部分花生四烯酸的浓度的效应。结果表明，补充a 亚麻酸和二十 碳五烯酸都不能降低人肝癌细胞h e p g 2 磷脂酰肌醇部分花生四烯酸的浓度，而加入罗 汉松酸( 2 0 ：3 ，d 5 ，1 1 ，1 4 ) 和松油酸( 1 8 ：3 ，d 5 ，9 ，1 2 ) 则可以将对照值从1 5 9 分别降到 7 o 和8 7 【7 1 。其中松油酸的化学式为顺6 ，9 ，1 3 十八碳三烯酸，它与丫亚麻酸，小亚 麻酸是同分异构体，是亚麻酸系列化合物中的一种【i 刚。 1 4 2 2 降血压、降血脂、防治心脑血管疾病 多不饱和脂肪酸能提高血清中高密度脂蛋白含量，对降低血脂有一定作用。如e p a 可使磷蛋白酯酶活性增高，抑制血小板凝集，促进血浆糖脂、胆固醇和甘油三酯指数下 降，还能增加组织纤溶活化剂的溶栓作用，降低纤维蛋白原水平及血液粘稠度，增加血 液的流动性，从而防止血栓的形成和减少动脉粥样硬化的发病率【矧。共轭亚油酸可使血 液中总胆固醇、非高密脂蛋白胆固醇及血清中甘三酯的含量显著降低，可以减少动脉壁 上脂质斑的形成与沉积，防止动脉粥样硬化症的发生f 4 5 1 。增加亚油酸含量不影响血压， 而增加1 的0 【亚麻酸可使动脉压平均下降0 6 7 1 k p a ，显示n - 3 p u f a 具有降血压作用。 1 4 2 3 免疫调节 多不饱和脂肪酸是细胞膜磷脂的重要组成成分，因而决定了细胞膜的流动性和变形 性。在机体受到外界抗原刺激时，淋巴因子和抗体的分泌以及产生新免疫细胞等都依赖 于脂肪的参与。因此，细胞膜磷脂中脂肪酸组成的变化，将对免疫功能产生影响m 。 多不饱和脂肪酸是神经、内分泌和免疫系统的递质，可改变神经细胞膜的流动性， 可影响神经递质的合成及功能，还可调节释放因子而影响某些激素的产生与活性。与人 体免疫、衰老发生、胎儿发育和基因调控等过程密切相关【4 7 】。在生物体内，p u f a s 参 与了许多生理活动，是其它脂肪酸所无法取代的。首先，p u f a s 是细胞和细胞器膜的主 要成分，在真核生物细胞器进化和p u f a s 缺乏之间起到了紧密的纽带作用【4 8 】。同时对 于机体调节、动力学、相转移、膜的渗透性以及控制与膜相关的过程起到了关键性作用 【4 9 】 o n - 3 和n - 6 p u f a 能合成具有免疫应答生理活性的前列腺素和白三烯的前体，同时脂质 中的多不饱和脂肪酸又可作为生物体内细胞因子基因转录的响应因子。f t 亚麻酸能促进 脾脏淋巴细胞的增殖及白细胞介素2 ( i l 2 ) 和抗体的合成，使动物血清中l g g 和l g m 浓 度上升1 4 5 】。丫亚麻酸能增加小鼠腹腔巨噬细胞吞噬鸡红细胞的能力，增强小鼠的迟发性 9 第一章前言 过敏反应，提高糖尿病模型大鼠t 细胞b 细胞的水平，消除实验免疫脑脊髓炎临床和组 织症状，促进伴刀豆蛋白对t - 细胞的分化，从而抑制i l 2 的生成1 5 0 ，5 。关节炎是局部二 十烷类化合物过多引起的，起因是n 6 p u f a 摄入过多，如果膳食中增加n 3 p u f a ，则 能抑制二十烷化合物的形成【5 2 , 5 3 】。 1 4 2 4 促进大脑与视网膜发育 多不饱和脂肪酸有助于健脑明目，n 3 系多不饱和脂肪酸还是眼睛视网膜必不可少 的营养物质，它的缺乏正是有人患有多种眼疾的根源及造成儿童视力低下的原因【4 4 1 。视 网膜中存在大量d h a ，它对婴幼儿眼的机能发育及保护视力是必需的。d h a 是大脑皮 质的主成分，南美洲智利的u a u y d a g a c h 证明d h a 对神经系统有重要作用。最近， l a u r i t e n 等【5 4 】证明在暂时缺血性萎缩动物模型中，亚麻酸能阻止神经死亡。多不饱和脂 肪酸能激活大脑通道，对神经系统起保护作用，而饱和脂肪酸则不能起保护作用【5 5 l 。 1 4 3 多不饱和脂肪酸分离纯化方法 目前，多不饱和脂肪酸分离与纯化方法较多，一些新的分离技术也不断出现，常用 的方法主要有尿素包合法【5 6 ，5 7 1 、冷冻结晶法【5 8 】、分子蒸馏法【5 6 1 、超临界流体精馏法、银 离子络合法、色谱分离法、脂肪酶浓缩法等。其中尿素包合法、低温结晶法、超临界流 体精馏法的研究和应用较为广泛。多不饱和脂肪酸分离纯化方法的特点如下。 ( 1 ) 原料组成很复杂，多价不饱和脂肪酸在原料中的浓度一般不高。 ( 2 ) 多价不饱和脂肪酸在分离纯化过程中，容易受氧、光和热等的作用而发生氧 化、聚合、降解和异构化等反应，产生一些对人体有害的物质。 ( 3 ) 作为医药工业原料和食品基料，必须除去原料中含有的色素和产生臭味的化 合物如醛、酮类，产品内也不能残留分离过程中引入的有毒溶剂。 1 4 3 1 尿素包合法 尿素包合法是一种较常用的多价不饱和脂肪酸分离方法，其原理是尿素分子在结晶 过程中能够与饱和脂肪酸或单不饱和脂肪酸形成较稳定的晶体包合物析出，而多价不饱 和脂肪酸由于双键较多，碳链弯曲，具有一定的空间构型，不易被尿素包合，采用过滤 方法除去饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸与尿素形成的包合物，就可获得较高纯度的多不 饱和脂肪酸1 1 2 , 5 9 , 6 0 。 尿素包合物是以一个直链脂肪族化合物为轴心，尿素分子之间能通过强大的氢键力 1 0 第一章前言 绕着这根轴心，以右手方向盘旋上升，将这根轴心一直链脂肪族化合物紧紧地包合住， 从而形成正六棱柱。6 个尿分子形成一个单位，即完成一个盘旋。所有的尿素包物都呈 或长或短、或粗或细的六棱柱状，纯尿则呈总四棱柱状，尿包物的结构如蜂窝状，中间 的空穴由直链脂肪族化合物占据，脂肪族化合物与尿素形成的尿包物空穴长度与脂肪族 化合物键长成正比关系1 1 2 删。 有研究认为，尿素与脂肪酸形成的包合物应视作真实的化合物，而不是混合晶体。 尿素包合法的分离效果受结晶温度和尿素用量的影响，结晶温度越低，尿素用量越多， 所得产品纯度越高，但产品收率越低。为了提高产品纯度，可采用多次尿素包合法。尿 素包合法成本较低，应用较普遍，但难以将双键数相近的脂肪酸分开。 1 4 3 2 低温结晶法 又称溶剂分级分离法，该方法利用低温下不同的脂肪酸或脂肪酸盐在有机溶剂中溶 解度不同来进行分离纯化。一般来说，脂肪酸在有机溶剂中的溶解度随碳链长度的增加 而减小，随双键数的增加而增加，这种溶解度差异随温度降低表现更为显著。所以将混 合脂肪酸溶于有机溶剂，通过降温就可过滤除去其中大量的饱和脂肪酸和部分单不饱和 脂肪酸，从而获得所需的多价不饱和脂肪酸，丙酮和乙醇为常用的有机溶剂。低温结晶 法工艺原理简单、操作方便，但需要回收大量的有机溶剂，且分离效率不高，常与其他 分离方法配合使用【6 1 】。 1 4 3 3 分子蒸馏法 分子蒸馏法是蒸馏法的一种，其原理是利用混合物组分挥发度的不同而得到分离。 该方法一般在绝对压强为1 3 3 x 1 0 3 1 3 3 x 1 0 巧k p a 的高度真空下进行的。在这种条件下， 脂肪酸分子问引力减小，挥发度提高，因而蒸馏温度比常压蒸馏大大降低。分子蒸馏时， 饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸首先蒸出，而双键较多的不饱和脂肪酸最后蒸出。分子蒸 馏法的优点在于蒸馏温度较低，可有效防止多价不饱和脂肪酸受热氧化分解，缺点是需 高真空设备，且能耗较高f 6 。 1 4 3 4 精馏分离法 精馏分离法是目前使用最广泛的脂肪酸分离技术，原理是利用混合脂肪酸中各组分 挥发性的不同，在同一温度下依不同饱和蒸气压的性质而得到分离。蒸馏可脱除气味和 杂质，如低沸点烃、酮和使产品带色的醛，以及高沸点聚合物和残留的三甘酯等。利用 第一章前言 简单的间歇蒸馏即可将这两类杂质从大量脂肪酸中分离出来。但是若要分离脂肪酸，则 需使用更复杂的精馏设备。随着m e l l a p a k 等新型高效低压降填料的开发成功，脂肪酸的 精馏工艺得以工业化。但是人们发现精馏技术有一个突出的缺点，那就是操作温度较高， 时间较长，致使脂肪酸发生热敏反应，影响了产品质量和收掣1 8 】。 1 4 3 5 吸附分离法 该方法利用吸附剂选择性吸附分离多价不饱和脂肪酸。例如银离子能与不饱和脂肪 酸的双键形成络合物，将银离子固定在吸附剂载体上，不同饱和度的脂肪酸在吸附剂上 的分配系数不同因而得以分离。宋宏锐等采用银离子硅胶柱从月见草种籽油中分离得到 纯度为9 8 的丫亚麻酸甲酯。该法的优点在于分离效果好，产品纯度高，缺点是有些洗 脱剂容易污染产品且分离规模较+ t 6 。 1 4 3 6 脂肪酶浓缩法 脂肪酶可以对含多种脂肪酸的甘油三酯进行选择性水解，例如含有e p a 和d h a 的 甘油三酯被脂肪酶水解的速度比不含有e p a 和d h a 的甘油三酯的水解速度慢得多，利 用脂肪酶这一性质，可以高度富集多价不饱和脂肪酸甘油三酯。另外，利用脂肪酶在非 水介质中进行转酯和酯合成反应，也可提高多价不饱和脂肪酸在甘油三酯中的含量【6 2 1 。 1 4 3 7 超临界流体萃取法 超临界流体萃取法除了萃取油脂外，还可以对不饱和脂肪酸等成分实现选择性分 离。它是通过调节温度和压力使原料各组分在超临界流体中的溶解度发生大幅度变化而 达到分离的目的。另外，超临界流体萃取常选用二氧化碳( 临界温度3 1 3 ，临界压力 7 3 7 4 m p a ) 等临界温度低且化学惰性的物质为萃取剂，特别适用于热敏物质和易氧化物 质的分离。赵亚平等【6 3 】用硝酸银络合与超临界结